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Les avalanches de plaques fonctionnent comme des séismes

En agrandissant l’échelle de simulation des avalanches de plaque du mètre à la centaine de mètres, des scientifiques une découverte qui modifie notre compréhension de leur fonctionnement. Elle révèle toutefois l’apport des grandes capacités de calculs actuelles à la meilleure observation de phénomènes physiques complexes. Les résultats de leur recherche viennent de paraître dans Nature Physics.

En 2018, le chercheur Johan Gaume publie avec des scientifiques de l’Université de Californie une première étude dans Nature Communications, après avoir reproduit une avalanche de plaque en trois dimensions avec une précision inégalée. Johan Gaume, directeur du Laboratoire de simulation des avalanches à l’EPFL et affilié à l’Institut WSL pour l’étude de la neige et des avalanches SLF, et Bertil Trottet doctorant ont observé un surprenant changement de comportement de la rupture lors du déclenchement de l’avalanche. La vitesse de propagation de la rupture dépasse les 100 mètres par seconde, vitesse qui va bien au-delà des mesures expérimentales, qui sont de l’ordre de 30 mètres par seconde.

L’avalanche de plaque se caractérise par une cassure linéaire très nette au sommet de la masse de neige qui se détache. Elle peut se produire lorsqu’une couche dense, «la plaque», repose sur une couche fragile. Par exemple lors du passage d’un skieur, la couche fragile s’effondre et la plaque dense perd son soutien. La flexion de la plaque devient l’un des moteurs de la propagation de la rupture. C’est du moins ce qui avait été démontré au niveau expérimental et numérique.

En modélisant des systèmes de plaque de l’ordre de la centaine de mètres, lorsque la distance de propagation dépasse de 3 à 5 mètres, la traction de la plaque devient alors le seul moteur du processus, ce qui induit une rupture de la  sous-couche fragile en cisaillement. Ce cisaillement  est similaire à la rupture observée lors de rares séismes de grande magnitude.

  Lors d’un colloque, Johan Gaume découvre qu’un collègue du Centre d’Information Avalanche du Colorado, Ron Simenhois, travaille sur une technique d’analyse vidéo de pointe. Par ailleurs un ancien étudiant en sciences et ingénierie de l’environnement de l’EPFL, Mathieu Schaer, devenu snowboardeur professionnel et ingénieur à MétéoSuisse, montre une vidéo de lui échappant de peu à une avalanche de plaque de grande envergure (voir vidéo).

« Grâce à l’analyse vidéo et à ces paramètres, nous avons pu valider une première fois notre modèle», explique le chercheur, affilié à la Faculté de l’environnement naturel, architectural et construit (ENAC). En tout, quatre avalanches réelles ont pu confirmer le passage du mode «anticrack» au mode de propagation dit «supershear», observé lors de certains séismes. Dans la continuité de ces résultats, le SLF développe en ce moment à Davos un dispositif expérimental à plus grande échelle afin d’aller encore plus loin dans la compréhension du processus.  Ces résultats permettront de formuler de nouvelles hypothèses qui aideront à simplifier les modèles numériques et à réduire considérablement les temps de calcul de modélisation des avalanches, les faisant passer de plusieurs jours à quelques minutes. Ces nouveaux modèles pourront servir à évaluer la taille des avalanches, un paramètre crucial pour la gestion et la prévision du risque.

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